Lo que necesita saber sobre NVMe over Fabrics

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Es todo un trabalenguas, pero Non-Volatile Memory Express over Fabrics (NVMeoF) quizás se está convirtiendo en la tecnología de almacenamiento de centro de datos más disruptiva desde la introducción de las unidades de estado sólido (SSD, por sus siglas en inglés), que promete aportar nuevos niveles de desempeño y economía a las matrices de almacenamiento en rápida expansión.

NVMe over Fabrics está diseñada para ofrecer la tecnología de alta velocidad y baja latencia de NVMe SSD por medio de un tejido de red. Actualmente se encuentran disponibles tres implementaciones básicas de tejido NVMe: NVMe over Fibre Channel, NVMe por medio de acceso remoto a la memoria directa, y NVMe over TCP.

Cuando llegaron los primeros SSD de NVMe, el almacenamiento recibió un gran impulso en la velocidad, pero los dispositivos aún hablaban con servidores a través de una conexión de host basada en SCSI, una tecnología capaz pero que envejece con raíces que se remontan a la década de los años ochenta. «Lo que se necesitaba era alguna forma de permitir que el protocolo NVMe se usara desde las CPU en el servidor hasta la red y en la matriz de almacenamiento construida con discos SSD NVMe”, explica Eric Burgener, vicepresidente de investigación en sistemas de infraestructura, plataformas y grupos de tecnologías en la empresa de investigación tecnológica IDC. «Eso es lo que es NVMeoF -una forma de ejecutar el protocolo NVMe sobre un tejido de switches”.

A diferencia de su predecesor, NVMeoF fue desarrollado específicamente para su uso con medios de estado sólido. «Ni siquiera funciona con unidades de disco duro (HDD, por sus siglas en inglés), pero le brinda un acceso mucho mejor a todas las grandes ventajas que tiene con medios de estado sólido que con SCSI”, señala Burgener.

Las diversas versiones de NVMeoF ofrecen latencia de medios e IOPS por gigabyte que son órdenes de magnitud mejores que los actuales sistemas de almacenamiento basados en estado sólido, por no mencionar los discos duros, observa Jeff Kimmel, CTO de almacenamiento de Hewlett-Packard Enterprise. «Los protocolos SAN basados en SCSI funcionan muy bien para el almacenamiento de estado sólido, pero todavía hay espacio para mejorar tanto la latencia como la eficiencia de los recursos”.

Mayor desempeño, menor latencia
A medida que los servidores se vuelven más poderosos y el almacenamiento gana velocidad con las matrices compuestas solo por flash, el tejido de almacenamiento se convertirá en el cuello de botella que impide el desempeño óptimo de extremo a extremo”, pronostica Stuart McRae, director de almacenamiento del Lenovo Data Center Group. «NVMeoF aumentará el desempeño de las aplicaciones y de la red”, afirma, señalando que los que adoptan el cambio hacia NVMeoF pueden esperar recibir una doble mejora en el desempeño y 52% menos de latencia.

NVMeoF también abre el camino para la agrupación y el intercambio de SSDs NVMe alojados en compartimentos externos conocidos como JBoFs (Just a Bunch of Flashes). «Al unir las unidades NVMe externas con un tejido de alta eficiencia y baja latencia para acceder a ellas, las unidades SSD internas conectadas al servidor se pueden reemplazar con recursos compartidos”, señala Kimmel. «Esta desagregación de almacenamiento en bloque permite beneficios que generalmente se han limitado a matrices de almacenamiento compartido conectadas a través de Fibre Channel o iSCSI SANs”.

NVMeoF es una tecnología que resulta difícil de comprender para muchos líderes de TI, observa J. Metz, miembro del directorio de la Storage Networking Industry Association. «Durante mucho tiempo, el almacenamiento del centro de datos ha sido realmente incremental -aprender una nueva interfaz, aprender un nuevo elemento de administración o aprender un nuevo equipo”, señala. Sin embargo, NVMeoF es diferente. Cambia la manera en que los líderes de TI ven la conexión entre la potencia de cómputo y la potencia de almacenamiento. «En lugar de una relación de uno a uno que normalmente tiene, ahora puede volverse en una de muchos a muchos”, afirma Metz.

Casos de uso de NVMe over Fabrics
No es sorprendente que las organizaciones que tienen aplicaciones sensibles al desempeño y a la latencia se beneficien más de NVMeoF. Los principales casos de uso incluyen bases de datos, aplicaciones analíticas, aplicaciones de seguridad (como reconocimiento facial) y procesamiento de transacciones, explica McRae. «Por ejemplo, una gran base de datos que realiza una consulta o transacción a un almacenamiento externo donde el tiempo de respuesta debe ser instantáneo, se beneficiará de NVMeoF”, agrega.

Las empresas que confían en bases de datos de alto desempeño, como los traders de Wall Street, están especialmente a la expectativa de NVMeoF. Estas organizaciones generalmente están dispuestas a adoptar las tecnologías de más alto desempeño, sin importar el costo. «Si pueden hacer el sistema más rápido y pasar de mil a cinco mil transacciones por segundo, ganarán más dinero”, afirma Burgener.

Sin embargo, muchas aplicaciones rutinarias recibirán poco o ningún beneficio de NVMeoF. «No todas las aplicaciones requieren un desempeño de baja latencia y alto desempeño”, señala McRae. «Los ejemplos incluyen copia backup/archivo, almacenamiento de video y servicio de archivos tradicional”.

Por otro lado, incluso las aplicaciones menos exigentes tienen la posibilidad de ser más rápidas y receptivas cuando se agrupan bajo la tutela de NVMeoF. «Es lo que yo llamaría una ‘consolidación de la carga de trabajo mixta de propósito general’”, señala Burgener.

«Con NVMe over Fabrics, usted podrá notar un pensamiento muy creativo en los próximos dos años”, pronostica Metz.

Disipando malentendidos de NVMe over Fabrics
Al igual que una serie de tecnologías emergentes, NVMeoF es una especie de enigma para muchas empresas, particularmente aquellas que generalmente se sienten cómodas con el statu quo. Muchos líderes de TI, por ejemplo, creen que migrar a NVMeoF será prohibitivamente costoso. Pero eso no es cierto, afirma McRae. «Eventualmente, esta tecnología será estándar dentro de lo que compran todas las organizaciones y todos pueden beneficiarse”, observa. «Hoy… esta capacidad es estándar en muchos switches, por lo que no existe una implementación premium”.

Otro concepto erróneo es que NVMeoF se puede usar como una solución mágica, capaz de curar prácticamente cualquier problema relacionado con la velocidad. «Si su aplicación se ejecuta con lentitud y compra una serie de almacenamientos de mayor desempeño, eso solo hará que la aplicación se ejecute más rápido si el problema es el almacenamiento”, señala Burgener. «Si ya está ejecutando SSDs en un sistema, es mucho menos probable que el almacenamiento sea el mismo problema que cuando tenía HDDs”.

Un inconveniente muy real de NVMeoF es el significativo apetito de energía de NVMes.

«Las personas no piensan en el problema del consumo de energía”, observa Burgener. Los dispositivos NVMe utilizan considerablemente más energía que los SSDs basados en SCSI. «Si su centro de datos ya está operando muy cerca de su presupuesto máximo de energía, incluso pudiendo disminuir su área física de trabajo mudándose a NVMe, el cambio podría ponerlo por encima de su presupuesto de energía”, señala.

Planificación y preparación para NVMe over Fabrics
Dado que NVMeoF está destinada a convertirse en una tecnología general, los administradores de TI deben comenzar a planificar ahora.

«La implementación exitosa de NVMeoF en producción exige un ecosistema robusto que soporte los requisitos de casos de uso, no solo una implementación protocolar”, afirma Kimmel. «En el lado de la oportunidad, NVMeoF es una tecnología catalizadora para una evolución significativa en la arquitectura del centro de datos”.

Los primeros pasos importantes incluyen examinar la infraestructura de red existente para la preparación de NVMeoF, incluida la disponibilidad de suficiente ancho de banda de red, la capacidad de composición/abastecimiento de redes virtuales y, donde sea necesario, la disponibilidad de acceso remoto directo a memoria (RDMA, por sus siglas en inglés). «Además, anticipar hoy los beneficios futuros específicos, provenientes de la desagregación del almacenamiento, puede llevar a decisiones más informadas para una implementación mejor alineada”, señala Kimmel.

Es posible que los servidores también deban estar preparados para la compatibilidad con NVMeoF. Decida sobre la interconexión, Fibre Channel o Ethernet, y luego asegúrese de que el servidor esté equipado con el nivel correcto de adaptador de bus de host (HBA, por sus siglas en inglés), indica Andy Walls, un miembro de IBM y CTO de almacenamiento flash en IBM. «Muchos servidores necesitarán tener HBAs más nuevos que soporten los estándares”, agrega.

McRae afirma que también es una buena idea comenzar a implementar switches de estructura que le brinden soporte a NVMeoF. «Si usa Fibre Channel, cambie las nuevas implementaciones de switch y adaptadores a soluciones de 32 GB con NVMeoF”, sugiere. «Para una red Ethernet, elija RDMA over Converged Ethernet (RoCE) de 25 G o switches más rápidos”.

Ninguna organización debería adoptar NVMeoF antes de que pueda proyectar un beneficio neto para casos de uso específicos, aconseja Kimmel. También vale la pena pensar en grande, agrega. «El almacenamiento interno implementado a pequeña escala, como en muchos casos de uso de oficinas remotas/sucursales, puede que no obtenga ningún beneficio del almacenamiento basado en tejido”.

Además, los casos de uso a escala donde el almacenamiento interno sigue siendo el mejor modelo de implementación pueden no necesitar o beneficiarse de NVMeoF. «Los ejemplos incluyen casos de uso con requisitos de ancho de banda extremos o arquitecturas de software optimizadas para almacenamiento interno”, afirma Kimmel.

Perspectiva NVMeoF
A principios de este año, surgió una nueva versión de NVMeoF: NVMeoF over TCP, que aprovecha el simple y eficiente tejido TCP/IP. «Antes de eso, tenía que comprar e instalar hardware y controladores personalizados en su servidor con el fin de poder usar NVMe over Fabric”, explica Burgener. «La versión TCP que está empezando a enviarse no requiere ningún hardware o software personalizado”.

Las empresas de infraestructura web a escala de nube estarán entre las primeras organizaciones en adoptar este nuevo enfoque, afirma Burgener. «Lo han estado esperando con entusiasmo”, agrega. «Lo verán implementado en Facebook, Google y proveedores de nube como Amazon y Microsoft Azure”.

Es poco probable que estas organizaciones agreguen la tecnología a todos sus servidores, al menos no de inmediato, señala Burgener. «Pero quieren tener una opción de almacenamiento de mayor desempeño, y esto hace que sea muy fácil hacerlo, básicamente, sin mucho costo adicional”.

Sin embargo, otros posibles usuarios de NVMeoF deben proceder con cautela, ya que muchos de los componentes subyacentes de NVMeoF aún se encuentran en una etapa embrionaria. Los hipervisores y los sistemas operativos están comenzando a desplegar un soporte completo para el sistema de múltiples rutas y el acceso asimétrico al espacio de nombres (ANA, por sus siglas en inglés).

«La mayoría de los centros de datos están esperando que estos estándares maduren antes de adoptar extensamente a NVMeoF”, señala Walls. «Sin embargo, a medida que avancemos en el 2019 y el 2020, la adopción aumentará y las organizaciones comenzarán a lograr los beneficios potenciales”.

Varios proveedores, incluidos IBM, NetApp, Dell EMC y Pure Storage, ya están ofreciendo sistemas NVMeoF, afirma Burgener. «Hasta este momento, no hemos visto que el ofrecimiento de este sistema haya sido anunciado por HPE o Hitachi, pero el mercado se está desarrollando muy rápidamente”, señala. «Es muy probable que este año se anuncien sistemas de esos proveedores”.

John Edwards, NetworkWorld.com